Luận án Nghiên cứu quá trình hàn MAG liên kết giáp mối khe hở hẹp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NGÔ TRỌNG BÍNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÀN MAG LIÊN KẾT GIÁP MỐI KHE HỞ HẸP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NGÔ TRỌNG BÍNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÀN MAG LIÊN KẾT GIÁP MỐI KHE HỞ HẸP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Hoàng Tùng 2. PGS. TS. Vũ Huy Lân Hà Nội – 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa có tác giả khác ngoài nhóm nghiên cứu công bố. Một số kết quả nghiên cứu đã công bố trong các bài báo và báo cáo khoa học đều được sự đồng ý của đồng tác giả cho phép đưa vào nội dung luận án./. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh Ngô Trọng Bính ii LỜI CẢM ƠN - Tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Hoàng Tùng và PGS.TS. Vũ Huy Lân đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện, động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. - Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể đồng nghiệp và Trung tâm Đào tạo – Viện Nghiên cứu Cơ khí đã tạo điều kiện thuật lợi, giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu. - Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ và gia đình đã luôn động viên, chia sẻ những khó khăn và là nguồn động lực to lớn giúp tác giả vượt qua khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh Ngô Trọng Bính iii MỤC LỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT i iv DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xviii MỞ ĐẦU 1 1. Chương 1. TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÀN KHE HỞ HẸP 5 1.1. Khái niệm, phân loại, ưu điểm của công nghệ hàn khe hở hẹp 5 1.1.1. Khái niệm hàn NGW 5 1.1.2. Phân loại hàn NGW 5 1.1.3. Ưu điểm của NGW 6 1.2. Tổng quan về nghiên cứu, phát triển, ứng dụng hàn khe hở hẹp ở nước ngoài 7 1.2.1. Tổng quan về công nghệ hàn khe hở hẹp (NGW) 7 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng hàn khe hở hẹp ở nước ngoài 13 1.3. Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn khe hở hẹp ở trong nước 25 1.4. Cơ sở lý thuyết hàn khe hở hẹp NG-GMAW 26 1.4.1. Một số vấn đề cơ bản 26 1.4.2. Phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn GMAW ở nước ngoài 34 1.5. Nội dung nghiên cứu hàn khe hở hẹp của luận án 37 Kết luận chương 1 38 2. Chương 2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1. Vật liệu thí nghiệm 40 2.1.1. Lựa chọn kích thước phôi hàn khe hở hẹp NG-MAG 40 2.1.2. Lựa chọn kết cấu mẫu hàn NG-MAG 40 2.2. Thiết bị thí nghiệm 42 2.2.1. Thiết bị thí nghiệm tại Viện Nghiên cứu Cơ khí 42 iv 2.2.2. Thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN tại Công ty CP TMDV Hai Tốt 45 2.2.3. Thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn 47 2.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 47 2.3.1. Chuẩn bị vật liệu hàn và thiết bị thí nghiệm 48 2.3.2. Kiểm tra khả năng đáp ứng các điều kiện quy hoạch thực nghiệm 50 2.3.3. Hàn đính kết cấu mối hàn khe hở hẹp và góc vát mép cho trước (NG-MAG) 50 2.3.4. Gá kẹp phôi hàn NG-MAG 50 2.3.5. Tiến hành hàn NG-MAG theo các chế độ thí nghiệm định hướng công nghệ 51 2.3.6. Kiểm tra chất lượng mối hàn NG-MAG trên mẫu định hướng công nghệ 51 2.3.7. Tiến hành thí nghiệm NG-MAG theo quy hoạch toàn phần N27 54 2.3.8. Kiểm tra chất lượng mối hàn NG-MAG theo quy hoạch toàn phần N27 54 2.3.9. Xây dựng mô hình toán học độ bền kéo liên kết hàn NG-MAG 54 2.4. Phương pháp xây dựng mô hình toán độ bền kéo liên kết hàn NG- MAG 55 2.4.1. Cơ sở để xây dựng mô hình toán học thực nghiệm 55 2.4.2. Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu N27 cho nghiên cứu của luận án 56 Kết luận chương 2 62 3. Chương 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ 63 3.1. Mô tả thí nghiệm định hướng công nghệ ở bước 1 64 3.2. Thảo luận về kết quả thí nghiệm ở bước 1 (QHTN 1) 65 3.2.1. Hình thái bề mặt mối hàn 65 3.2.2. Độ cứng tế vi vật liệu mối hàn 67 3.2.3. Tổ chức tế vi vật liệu mối hàn 69 3.3. Thí nghiệm hiệu chỉnh công nghệ ở bước 2 (QHTN 2) 73 3.3.1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 73 v 3.3.2. Thảo luận về kết quả thí nghiệm bước 2 (QHTN 1) 74 3.3.2.1. Quy ước các vị trí khảo sát cơ tính và phân tích tổ chức tế vi mối hàn 74 3.3.2.2. Bàn luận về đặc điểm tổ chức tế vi kim loại mối hàn NG-MAG 76 3.3.2.3. Bàn luận về đặc tính thay đổi độ cứng tế vi mối hàn NG-MAG 82 3.4. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo vật liệu liên kết hàn NG-MAG 89 3.5. Khuyết tật điển hình trong mối hàn NG-MAG 95 3.5.1. Khuyết tật hàn không ngấu hoặc tạp chất 95 3.5.2. Khuyết tật dạng nứt theo biên giới kim loại mối hàn và kim loại cơ bản 96 3.6. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của chế độ hàn NG-MAG thép CT.38 nhóm mẫu thí nghiệm định hướng công nghệ (QHTN 1) 97 3.7. Tổng hợp các kết quả khoa học nghiên cứu định hướng công nghệ ở bước 1 105 Kết luận chương 3 107 4. Chương 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘ BỀN KÉO LIÊN KẾT HÀN MAG KHE HỞ HẸP 108 4.1. Kết quả thí nghiệm theo ma trận trực giao N27 108 4.2. Tính toán xây dựng mô hình toán học hàm mục tiêu độ bền kéo mối hàn NG-MAG 114 Kết luận chương 4 119 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 PHỤ LỤC 130 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa, đơn vị tính NGW - Hàn khe hở hẹp GMAW-NG - Hàn hồ quang khe hở hẹp với khí bảo vệ SAW-NG - Hàn hồ quang tự động khe hở hẹp dưới lớp thuốc hàn GTAW - Hàn hồ quang khí bảo vệ với điện cực vônphram FCAW - Hàn hồ quang với dây hàn lõi bột HAZ - Vùng ảnh hưởng nhiệt HAZp - Vùng ảnh hưởng nhiệt phía bên phải HAZt - Vùng ảnh hưởng nhiệt phía bên trái BGH - Biên giới giữa vùng kim loại hàn với vùng HAZ BGHp - Biên giới giữa vùng kim loại hàn với vùng HAZp phía bên phải BGHt - Biên giới giữa vùng kim loại hàn với vùng HAZt phía bên trái KLCB - Kim loại cơ bản KLCBp - Kim loại cơ bản phía bên phải KLCBt - Kim loại cơ bản phía bên trái QHTN - Quy hoạch thực nghiệm Ih - Cường độ dòng điện hàn, A vh - Tốc độ hàn, m/h (mm/ph) k - Độ bền kéo liên kết hàn (mối hàn), MPa HV0,02 - Độ cứng tế vi vật liệu mối hàn (đo ở thang tải trọng nhỏ) Uh - Điện áp hàn, V nn - Tốc độ quay đầu hàn, vg/ph Th - Thời gian hàn, s hmax - Chiều cao lớn nhất của mối hàn, mm bo - Khe hở hàn ban đầu ở phần đáy mối hàn, mm d - Đường kính dây hàn, mm vii σs - Giới hạn chảy vật liệu hàn, MPa  - Góc vát mép, O  - Chiều dày tấm phôi thép hàn, mm G - Lưu lượng cấp khí bảo vệ, lit/phút Ftt - Hệ số Fisher tính toán Fbg - Hệ số Fisher tra bảng viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Ảnh cụm cấp dây hàn và khí bảo vệ với nguồn hàn MIG/MAG dùng cho hàn khe hở hẹp [4] 7 Hình 1.2. Hình 1.2. Ảnh minh họa đầu hàn khe hở hẹp [4] 7 Hình 1.3. Nguyên lý của quá trình hàn dây nóng TIG theo Katsuyosh và đồng nghiệp được trích dẫn trong [31] 14 Hình 1.4. Bộ nguồn / bộ điều khiển model 415 được sử dụng trong hệ thống với nguồn điện dây nóng chảy 501 và mỏ hàn model 2 để hàn rãnh (a); đầu hàn tiêu chuẩn với dây nóng được thiết lập trên mô hình (b) [31] 14 Hình 1.5. Loại khí hàn có ảnh hưởng đến hình dạng mối hàn: Hình dạng mối hàn thực hiện với 100% He và 75% Ar + 25% He (a); Hình dạng tiết diện ngang mối hàn với hỗn hợp 3/4 He + 1/4 Ar có bổ sung 1% và 5% H2 theo khuyến cáo cho phép của hãng Arc Applications, Inc. (b) [31] 15 Hình 1.6. Ảnh hưởng của khí bảo vệ đối với hình dạng bề mặt lớp hàn bằng hợp kim niken của Babcock & Wilcox [31] 15 Hình 1.7. Hình ảnh thô đại các mối hàn bằng kỹ thuật 1 lớp mỗi lượt hàn ở vị trí 5G được thực hiện với đầu hàn khe hẹp [31] 15 Hình 1.8. Ảnh bộ nguồn hàn dây nóng chảy (a) và bộ điều khiển model 415 quá trình hàn GTAW (b) [33] 15 Hình 1.9. Ảnh cụm đầu hàn khe hẹp cho khe hở 12 inch (a); NGT 12 inch trong mô hình mô phỏng khe hở hẹp (b) [31] 16 Hình 1.10. Ảnh ứng dụng giám sát trực tuyến hàn khe hẹp hiển thị trên AMI model 415 DV (a); Cận cảnh hình ảnh từ camera ở các vùng đầu và cuối của vũng hàn (b) [31] 17 Hình 1.11. Hàn điện cực nóng chảy tự động GTAW với đầu dò giám sát quá trình hàn trong khe hở hẹp [31] Hình 1.11. Hàn điện cực nóng chảy tự động GTAW với đầu dò giám sát quá trình hàn trong khe hở hẹp [31] 17 Hình 1.12. Hàn điện cực nóng chảy GTAW ứng dụng cho một sản phẩm của lò hạt nhân nặng Babcock và Wilcox [32] 17 ix Hình 1.13. Hình ảnh một trong sản phẩm lò hạt nhân do Babcock & Wilcox [33], [34] 17 Hình 1.14. Hình ảnh bộ phận lò hạt nhân Babcock & Wilcox chế tạo bằng công nghệ điện cực nóng chảy GTAW [33], [34] 17 Hình 1.15. Hình ảnh đầu hàn khe hẹp gắn trên máy hàn Inc trong hệ thống tự động hóa cố định model 2 với định vị từ xa, camera dẫn và theo dõi độ nghiêng đầu hàn từ xa [33], [34] 18 Hình 1.16. Hình ảnh kết cấu cơ khí trong ngành năng lượng hạt nhân hạng nặng của hãng Babcock & Wilcox (Mỹ) [33], [34] 18 Hình 1.17. Các sơ đồ nguyên lý hàn khe hở hẹp khác nhau [41]: a) Đầu hàn TIG khe hở hẹp (bên trái) và đầu hàn TIG khe hở hẹp cho tấm mỏng; b) Hàn MIG/MAG với khe hở hẹp, 2 đầu hàn lắc ngang (trái), 1 đầu hàn quay vòng (giữa) và đầu hàn vừa lắc ngang vừa quay (phải); c) Hàn MIG/MAG với 3 phương án chuyển động phức tạp của đầu hàn; d) Hàn khe hở hẹp với dây hàn bị biến đổi xoắn quanh trục 19 Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý của một đầu hàn với nhiều dây điện cực [41]: 1 - Cuộn dây; 2 - Cơ cấu nắn thẳng; 3 - Hệ thống cấp dây; 4 - Ống tiếp xúc; 5 - Nguồn điện; 6 - Phôi hàn 19 Hình 1.19. Nguyên lý kết cấu đầu hàn khe hẹp với điện cực 2 dây [41]: 1 - Đệm 1; 2, 3 - Ống đệm hỗ trợ phần dưới khe hở hẹp; 4 - Lắng đọng kim loại lỏng mối của hàn; 5, 6 -Khoang hàn; 7 - Xỉ hàn; 8 - Tấm đế; 9 - Phôi hàn; 10 - Chụp khí bảo vệ; 11 Dây hàn 19 Hình 1.20. Ảnh thô đại mặt cắt ngang mối hàn khe hở hẹp [34] 19 Hình 1.21. Ống tiếp xúc để hàn hồ quang chìm khe hở hẹp với điện cực 2 dây [41]: 1 - Cấu trúc hỗ trợ ống; 2 - Ống tiếp xúc; 3 - Vòi dẫn hướng dây; 4 - Dây hàn; 5 - Vít; 6, 7 - Phôi hàn; 8 - Tấm lót 20 Hình 1.22. Nguyên lý hàn hồ quang chìm khe hẹp với điện cực 3 dây [41]: 1 - Cấu trúc ống hỗ trợ, 2 - Ống tiếp xúc, 3 - Vòi dẫn hướng dây; 4 - Dây hàn; 5 - Vít; 6,7 - Phôi hàn;8 – Tấm đế; 9 - Ống cách điện 20 Hình 1.23. Nguyên lý hàn MAG khe hở hẹp [34]: a) Đường hàn zíc zắc: 1 - Cuộn dây hàn; 2 - Con lăn truyền động; 3- Cơ chế nắn và dẫn động dây hàn; 4 - Vùng che chắn bằng khí bảo vệ; 5 - Ống dẫn hướng dây và ống dẫn khí bảo vệ; 6 - Tiếp mát; b) Đường hàn dạng sóng: 1 - Cơ cấu cấp dây hàn; 2 - Cuộn dây hàn; 3- Cơ cấu nắn và dẫn hướng dây hàn; 4 - Khí bảo vệ; 5 - Ống dẫn hướng dây và ống dẫn khí bảo vệ; 6 - Tiếp mát 20 x Hình 1.24. Hình ảnh mô tả các dạng đầu dây điện cực hàn và kết quả mối hàn nhận được tương ứng [46] 21 Hình 1.25. Ảnh cụm đầu hàn của máy hàn quay nối ống đường kính lớn (a); sơ đồ nguyên lý hàn quay GTAW (b); nguyên lý hàn TIG phía trong kết hợp hàn MAG phía ngoài đường ống với khe hở hẹp (c) [46] 21 Hình 1.26. Ảnh đầu hàn lai ghép để hàn đính chân và hàn nóng chảy điền đầy khe hở hẹp (a); sơ đồ hệ thống thiết bị hàn với đầu hàn tự động (b) [46] Hình 1.26. Ảnh đầu hàn lai ghép để hàn đính chân và hàn nóng chảy điền đầy khe hở hẹp (a); sơ đồ hệ thống thiết bị hàn với đầu hàn tự động (b) [46] 21 Hình 1.27. Nguyên lý hàn lai ghép laser với laser beam (a) và ảnh tổ chức thô đại minh họa về đặc tính mối hàn lai ghép (b) [49] 22 Hình 1.28. Ảnh cụm đầu hàn SAW 2 dây (a); ứng dụng rô bớt hàn kết cấu phức tạp (b) [49] 22 Hình 1.29. Sơ đồ quỹ đạo đường đi của đầu hàn quay trong quá trình hàn khe hở hẹp [55] 22 Hình 1.30. Nguyên lý hàn khe hở hẹp với nhiều lớp hàn (a); mối hàn giáp mối ống thép với khe hở hẹp (b) [29] 23 Hình 1.31. Sơ đồ nguyên lý hàn giáp mối với khe hở hẹp bằng phương pháp hàn TIG (GTAW) [31] 23 Hình 1.32. Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy (GMAW) [32] 23 Hình 1.33. Ảnh thiết bị hàn MAG [4] 23 Hình 1.34. Nguyên lý cấu tạo mỏ hàn MAG dùng cho thí nghiệm [4] 24 Hình 1.35. Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang khí bảo vệ – Tungsten (TIG) [20] 24 Hình 1.36. Các dạng phân cực khác nhau (a, b, c) và tác động làm sạch bề mặt trong GTAW với DC điện cực dương (d) [22] 24 Hình 1.37. Sơ đồ hệ thống thiết bị hàn GMAW [30]: 1 - Cụm dây hàn; 2 - Con lăn định hướng cấp dây hàn; 3- Cụm ống dẫn linh hoạt; 4 - Ống bọc; 5 - Súng hàn; 6 - Nguồn hàn 26 Hình 1.38. Biểu đồ đường đặc tính điện áp – cường độ dòng điện hàn GMAW [30] 27 Hình 1.39. Sơ đồ mô phỏng trường nhiệt độ hàn MAG vật liệu nhôm 250A ở điều kiện không che chắn dòng hồ quang hàn [30] 27 xi Hình 1.40. Sơ đồ biểu diễn điện áp hồ quang hàn MAG (U) giữa điện cực hàn và vật liệu hàn [30] 27 Hình 1.41. Sơ đồ nguyên lý quan hệ nhiệt độ - thời gian tại 3 điểm cục bộ dọc hướng truyền nhiệt trong vật liệu hàn của quá trình hàn thép 1018 theo tiêu chuẩn của Mỹ [30] 27 Hình 1.42. Cơ chế dịch chuyển vật liệu hàn trong quá trình hàn [30] 28 Hình 1.43. Đồ thị quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn với tốc độ luồng plasma 100 m/s khi hàn thép [30] 28 Hình 1.44. Sơ đồ mô tả trường nhiệt độ, cường độ dòng điện hàn và tiêu điểm chùm khí bảo vệ [30] 28 Hình 1.45. Biểu đồ phân loại các dạng hàn và phạm vi điều chỉnh khi sử dụng dây hàn 1,2 mm và khí bảo vệ Ar [30] 28 Hình 1.46. Đồ thị sự thay đổi chiều sâu ngấu kim loại hàn phụ thuộc vào cường độ dòng điện hàn với điện áp hàn khác nhau ở tốc độ 80 cm/phút [30] 28 Hình 1.47. Sơ đồ đặc tính chiều sâu ngấu của quá trình hàn DCEP và DCEN [30] 28 Hình 1.48. Đồ thị quan hệ giữa chiều rộng (a); chiều cao (b) và chiều sâu ngấu (c) của quá trình hàn cực âm (EN) tỷ lệ với cường độ dòng điện hàn khác nhau [30] 29 Hình 1.49. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của mức độ xâm nhập kim loại vào mối hàn vào điện áp hàn và cường độ dòng điện hàn khác nhau ở tốc độ hàn 80cm/ph [30] 29 Hình 1.50. Đồ thị biểu thị quan hệ giữa dòng điện hàn xung dạng sóng phụ thuộc vào thời gian kích hoạt thay đổi ở mức cao (H) và mức thấp (L) [30] 29 Hình 1.51. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của sự xâm nhập kim loại hàn vào tốc độ hàn ở điện áp 22 V và cường độ dòng điện hàn khác nhau [30] 29 Hình 1.52. Sơ đồ nguyên lý khoảng cách tiếp xúc bắt đầu quá trình hàn (CTWD) [30] 29 Hình 1.53. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của khối lượng bồi đắp kim loại hàn (M) vào cường độ dòng điện hàn (Ih) ở các khoảng cách đầu hàn L khác nhau (đường kính dây hàn d = 1,6 mm) [30] 30 xii Hình 1.54. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tính dẫn điện khí bảo vệ ở áp suất 1 atm với nhiệt độ đạt được [30] 30 Hình 1.55. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tính chất dẫn nhiệt khí bảo vệ ở áp suất 1 atm với nhiệt độ đạt được [30] 30 Hình 1.56. Biểu đồ xâm nhập kim loại hàn khi hàn với di chuyển chu kỳ ngắn (SC) và phun (S) trong hỗn hợp khí bảo vệ khác nhau [30] 30 Hình 1.57. Đồ thị biểu thị hiệu quả sự thay đổi của khí bảo vệ khi hàn khuếch tán (xâm nhập) [30] 30 Hình 1.58. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của lượng bồi kim loại trên mối hàn (M) vào cường độ dòng điện hàn (I) khi hàn với dây hàn 1,2 mm và 1,6 mm [30] 30 Hình 1.59. Biểu đồ năng lượng Charpy với mẫu thử kiểu chữ V vật liệu mối hàn nhận được với các chế độ cấp khí bảo vệ khác nhau ở nhiệt độ − 20OC [30] 31 Hình 1.60. Sơ đồ nguyên lý hệ thống kỹ thuật số giám sát kiểm tra quá trình hàn của máy hàn [30] 31 Hình 1.61. Sơ đồ mô tả cài đặt chế độ U, I khi hàn nóng (a) và hàn nguội (b) trong đó t là thời gian [30] 31 Hình 1.62. Biểu đồ quan hệ giữa năng lượng hàn (Wfs), cường độ dòng điện hàn (Is) và điện áp hàn (Us) xung dạng sóng với chu kỳ theo thời gian hàn (T) [30] 31 Hình 1.63. Biểu đồ mô tả tiến trình hàn cực dương (EP) và hàn cực âm (EN) theo chu kỳ [30] 31 Hình 1.64. Đồ thị biểu thị quan hệ giữa tín hiệu đầu vào tính toán đến tín hiệu đầu thực tế quá trình hàn P-GMAW [30] 32 Hình 1.65. Sơ đồ mô tả cường độ sóng quá trình hàn đã biết (WiseRooi) kết hợp với hàn theo chu kỳ ngắn [30] 32 Hình 1.66. Sơ đồ mô tả khoảng cách giữa đầu mỏ hàn với bề mặt phôi hàn (tầm với của điện cực hàn) thay đổi phụ thuộc vào cường độḍòng điện hàn [30]: a) Dài; b) Bình thường; c) Ngắn 32 Hình 1.67. Sơ đồ mô tả sự phụ thuộc của xung cường độ dòng điện hàn (I) vào thời gian hàn (T) [30] 32 Hình 1.68. Ảnh mẫu thí nghiệm sau khi hàn của tác giả công trình [30]: sự xuất hiện liên tục liên kết mối hàn chu kỳ ngắn khác nhau (sử dụng Wise FusionTM ) 35 xiii Hình 1.69. Ảnh tổ chức thô đại mối hàn GMAW với chu kỳ xung 35%, khảo sát với khe hở 1 mm, khảo sát ở vị trí P1.1 (a); P2.1 (b); P3.1 (c); P4.1 (d) [30] 35 Hình 1.70. Ảnh tổ chức tế vi mối hàn GMAW xung chu kỳ ngắn đối với thép S355 MC khảo sát tại điểm P1.1 (pha pherit màu trắng, pha peclit màu tối) [30]: a) vùng kim loại cơ bản; b) vùng ảnh hưởng nhiệt HAZ; c) vùng kim loại hàn 35 Hình 1.71. Đồ thị độ cứng tế vi mối hàn GMAW xung chu kỳ ngắn đối với thép S355 MC phụ thuộc vào khoảng cách BM, HAZ, FZ và WM tương ứng với các điểm khảo sát khác nhau [30] 36 Hình 1.72. Hình thái bề mặt và cấu trúc thô đại theo mặt cắt ngang mối hàn khe hở hẹp sử dụng hỗn hợp khí bảo vệ pha trộn Ar với tỷ lệ CO2 và O2 hàm lượng thay đổi (a ÷ d) [52] 36 Hình 1.73. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp hàn trong môi trường hỗn hợp khí bảo vệ pha trộn với tỷ lệ CO2 (a) và O2 (b) hàm lượng thay đổi [52] 36 Hình 2.1. ình 2.1. Hình chiếu mặt đầu (a); mặt trên (b) và ảnh một số phôi thép các bon tấm dày CT38 (c) chuẩn bị cho thí nghiệm hàn NG-MAG của luận án:  - chiều dày phôi;  - Góc vát mép; B1, B2 - Chiều rộng mặt trên và mặt dưới phôi B1 = B2 – .tg( /2); L - Chiều dài phôi 40 Hình 2.2. Sơ đồ thiết kế kết cấu mối hàn NG-MAG của luận án: a) Chữ V; b) Chữ X không đối xứng; c) Chữ X đối xứng Hình 2.2. Sơ đồ thiết kế kết cấu mối hàn NG-MAG của luận án: a) Chữ V; b) Chữ X không đối xứng; c) Chữ X đối xứng 41 Hình 2.3. Hình 2.3. Ảnh vật liệu dây hàn loại d = 1,2 mm. Theo tiêu chuẩn AWS A5.18 ER 70S-6, được gá lắp trên thiết bị hàn của hãng LINCOLN chuẩn bị cho thí nghiệm 42 Hình 2.4. Hình 2.4. Hình ảnh thiết bị thí nghiệm hàn NG-MAG (a); cụm đầu hàn (b) và đồ gá kẹp phôi hàn (c) tại Viện Nghiên cứu Cơ khí [4] 43 Hình 2.5. Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý (a) và mô hình 3D (b, c) của hệ thống thiết bị hàn khe hở hẹp dùng cho thí nghiệm của luận án: 1) Bộ điều khiển chuyển động chạy dọc theo đường hàn; 2) 44 xiv Cơ cấu chuyển động thẳng đứng; 3) Cơ cấu quay đầu hàn; 4) Bộ cấp dây; 5) Nguồn hàn D 500; 6) Bình cấp khí bảo vệ Hình 2.6. Hình 2.6. Nguyên lý kết cấu (a) và hình ảnh minh họa (b) đầu hàn NG-MAG: 1) Chụp khí; 2) Ống dẫn khí bảo vệ; 3) Trục nối; 4) Vị trí bắt khí bảo vệ; 5) Đầu nối trục với bép hàn; 6) Bép hàn 45 Hình 2.7. Hình 2.7. Ảnh thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN - FLEXTEC® 500x (Mỹ) dùng cho thí nghiệm hàn giáp mối thép tấm dày với khe hở hẹp [19]: a)Toàn cảnh hệ thống thiết bị hàn; b) Điều chỉnh chế độ hàn thí nghiệm; c) Hàn thử theo chế độ quy hoạch thực nghiệm 45 Hình 2.8. Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý công nghệ hàn giáp mối thép tấm dày với khe hở hẹp (a); Chuyển động tịnh tiến của đầu hàn theo khe hở hàn (b); Chuyển động quay vòng của đầu hàn trong khe hở hàn (c); Ảnh bề mặt mối hàn tại thời điểm kết thúc một số lớp trong quá trình hàn (d) [18] 46 Hình 2.9. Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý quá trình thí nghiệm hàn NG-MAG của luận án [4] Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý quá trình thí nghiệm hàn NG-MAG của luận án [4] 46 Hình 2.10